摘锭式采棉机凸轮曲拐机构的动力学特性研究

发布时间：2017-08-12 19:23

  本文关键词：摘锭式采棉机凸轮曲拐机构的动力学特性研究

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【摘要】：随着新疆棉花产业优势的逐步确立和不断发展,棉花机械化采收是实现棉花生产全程机械化必须突破的一个重要环节。当前,国产采棉机虽已填补了国内空白并开始批量生产,但核心技术仍被国外垄断,同时国产采棉机在新疆的占有量逐渐下降。因此,加快国产采棉机的研究和国产化步伐,对提高国产采棉机的工作效率、性能可靠性具有积极作用。 国产采棉机工作性能不稳定易造成摘锭或中间轴的断裂,而凸轮曲拐机构的工作状态是造成这种问题的主要原因。凸轮作为凸轮曲拐机构的主要工作部件,其结构对凸轮的工作状态造成显著的影响,因此,对凸轮的结构进行优化显得尤为重要。研究凸轮机构在工作状况下的振动模态和瞬态分析,可以了解结构的振动敏感特征。本文采用试验模态与有限元模态分析技术相结合的方法,研究结构的固有振动特性；通过瞬态分析获取凸轮结构的敏感区域。研究成果为凸轮结构优化和试验研究提供基础数据,具有一定的理论和实用价值。本课题研究的主要内容如下： (1)分析了采棉机凸轮机构的结构特点及运行工况；利用SolidWorks三维设计软件,采用样条曲线命令将凸轮轮廓的360个点连接起来,通过等距实体、拉伸、切除等命令建立三维实体模型；利用Ansys Workbench有限元软件完成凸轮有限元模型,在Modal模块中对凸轮进行自由模态和约束模态分析,分别提取前六阶模态频率和模态振型,并分析凸轮在两种边界条件下的模态振型变化,自由模态的主要振动形式：整体弯曲变形、膨胀收缩变形以及弯曲扭转变形结合,在近似实际工作状态条件约束模态的主要振动形式：局部弯曲变形、膨胀收缩变形和弯曲变形组合。 (2)采用试验模态分析理论及参数识别的方法,利用北京东方振动和噪声技术研究所研制的INV306型智能信号采集处理分析系统,采用简便可行、普遍适用的锤击法,应用北京东方所自主研发的变时基采样技术,对凸轮零件进行轴向和径向测试。经过多次的预试验确定了本试验的基本参数,最终得到满意的试验模态数据,与有限元模态结果比较表明：各阶模态振型基本一致,模态频率数值相对误差在7%以内,第五阶的相对误差最大为6.34%,第四阶的相对误差最小为3.23%；验证了有限元模型的准确性并可用于后续凸轮结构参数优化。 (4)利用Ansys Workbench有限元软件Transient Structural模块对凸轮机构进行瞬态动力学分析。得到了采棉机稳定工作后,凸轮机构的一个循环工作周期中凸轮的等效应力云图、应变以及位移等参量的时间历程,并提取了一个工作循环过程中凸轮在脱棉区、淋润区以及工作区(采棉区)的应力变化曲线和凸轮在该区域出现最大的应力变化云图,凸轮最大理论等效应力出现在工作区域30.15MPa,应变量为3.6095e-4mm/mm。
【关键词】：摘锭式采棉机 凸轮机构 模态分析 瞬态动力分析 有限元法
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S225.911;TH112.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的目的及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国外采棉机装备研究现状10-11
• 1.2.2 国内采棉机装备研究现状11
• 1.2.3 采棉机凸轮机构的研究11-13
• 1.3 结构动力学特性的研究方法及应用13
• 1.4 研究内容及方法13-15
• 1.5 本章总结15-16
• 第二章 摘锭式采棉机及凸轮机构的工作原理16-21
• 2.1 摘锭式采棉机核心结构简介16-17
• 2.2 摘锭式采棉机的工作过程17
• 2.3 凸轮机构的工作原理17-19
• 2.4 凸轮机构简介19-20
• 2.5 本章总结20-21
• 第三章 凸轮的有限元模态分析21-32
• 3.1 机械结构动态特性概述21
• 3.2 模态分析理论21-23
• 3.2.1 理论模态分析21-22
• 3.2.2 试验模态分析22-23
• 3.3 模态分析理论基础23-24
• 3.4 凸轮的有限元模态分析24-26
• 3.4.1 有限元模型的建立24-25
• 3.4.2 模态分析准备25-26
• 3.5 模态分析求解26-31
• 3.5.1 凸轮自由模态分析结果26-29
• 3.5.2 凸轮约束模态分析结果29-31
• 3.6 本章小结31-32
• 第四章 凸轮的试验模态分析32-46
• 4.1 试验模态对象32
• 4.2 试验模态测试设备及软件32-33
• 4.3 试验模态方案设计33-37
• 4.3.1 试验模态测试系统及流程33-34
• 4.3.2 试验模态测试系统建立34-35
• 4.3.3 试验模态参数设置及模型建立35-37
• 4.4 试验模态分析结果37-41
• 4.4.1 试验模态数据采集及处理37-39
• 4.4.2 试验模态拟合39-40
• 4.4.3 试验模态拟合结果分析40-41
• 4.5 试验模态与有限元模态分析结果对比41-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第五章 凸轮机构的瞬态动力学分析46-52
• 5.1 瞬态动力学分析应用46
• 5.2 瞬态动力学分析理论基础46-47
• 5.3 凸轮机构的瞬态动力学分析47-51
• 5.3.1 有限元模型的建立47-48
• 5.3.2 瞬态分析基本参数设定48-49
• 5.3.3 瞬态结果分析及评价49-51
• 5.4 本章总结51-52
• 第六章 结论与展望52-54
• 6.1 研究总结52
• 6.2 后续工作展望52-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 作者简介59-60
• 导师评阅表60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：663233